lunedì, Settembre 27, 2021
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La corsa allo stato solido: le case automobilistiche legacy raggiungono il successo della batteria

Le case automobilistiche stanno collaborando con le aziende produttrici di batterie per cercare di vincere la gara per sviluppare una batteria per veicoli elettrici che costi meno e abbia un'autonomia molto più lunga.

La ricerca è per una batteria "a stato solido", una tecnologia che utilizza una sostanza solida per trasferire ioni di litio in una forma che pesa meno e occupa meno spazio rispetto alle batterie attuali che utilizzano liquidi e gel.

La scorsa settimana General Motors ha dichiarato di avere un accordo di sviluppo con SolidEnergy Systems, o SES, di Singapore, un produttore di batterie allo stato solido, che mira a produrre una batteria per auto elettriche entro il 2023 e avere una versione da vendere ai consumatori da alcuni data successiva. Anche Volkswagen, Daimler e altri scommettono sulle batterie allo stato solido.

La competizione per lo sviluppo di una batteria a stato solido riguarda l'acquisizione di un vantaggio in un'era che si avvicina rapidamente in cui molti più consumatori acquisteranno i loro primi veicoli elettrici, parte di una transizione da un'industria automobilistica che funziona principalmente a benzina e diesel a una che funziona principalmente con l'elettricità. Le case automobilistiche legacy sperano che i loro partner di batterie daranno loro un vantaggio e contribuiranno a colmare il divario con Tesla, la centrale elettrica dei veicoli elettrici che, in particolare, non ha annunciato alcun piano a stato solido.

"Sono stati adottati molti approcci che cercano di raggiungere gli stessi obiettivi: aumentare la densità di energia, costi inferiori e prestazioni più elevate", ha affermato James Frith, responsabile dell'accumulo di energia per BloombergNEF, sulla corsa allo stato solido. "In sostanza, la domanda è davvero chi può costruire prima queste celle in modo conveniente su larga scala."

Il passaggio ai veicoli elettrici sta avvenendo in gran parte a causa dei cambiamenti politici per affrontare il cambiamento climatico, come le norme sulle emissioni molto più severe in fase di attuazione nell'Unione europea. Le case automobilistiche devono rivedere le loro lineup per soddisfare le norme sulle emissioni e le loro attività dipenderanno dalla capacità di produrre veicoli elettrici che le persone vogliono guidare, il che significa estendere la gamma di batterie e ridurre i costi.

La Volkswagen sembra avere un vantaggio, avendo lavorato per quasi un decennio con QuantumScape of California su batterie a stato solido, con piani per avere una batteria sul mercato entro il 2025.

Questa settimana, Volkswagen ha mostrato a che punto è con un evento di notizie "Power Day" che ha fornito nuovi dettagli sul suo aumento della produzione di batterie e piani per sviluppare stazioni di ricarica e altre infrastrutture.

"Cominciamo con l'ovvio: la mobilità elettrica ha vinto la gara", ha detto Herbert Diess, CEO di Volkswagen all'evento Power Day. "È l'unica soluzione per ridurre rapidamente le emissioni di mobilità."

Portata più lunga e tempo di ricarica più breve

Oggi, quasi tutti i veicoli elettrici funzionano con batterie agli ioni di litio in cui gli ioni di litio viaggiano attraverso un liquido o un gel per scaricare l'elettricità.

In un design a stato solido, un materiale solido sostituisce il liquido o il gel. Il materiale, a volte ceramico, lascia ancora passare il litio. Il solido occupa meno spazio del liquido, il che porta a una batteria più piccola e leggera e può contenere più energia in ogni unità di volume.

"Le batterie allo stato solido consentono di controllare ciò che accade all'interno di una batteria con maggiore attenzione rispetto a quando si utilizzano elettroliti liquidi", ha affermato Frith.

L'idea di una batteria ricaricabile a stato solido non è nuova, ma i progettisti hanno incontrato problemi con costi elevati e varie sfide tecniche, come la tendenza delle batterie a stato solido ad espandersi e contrarsi mentre si caricano e si scaricano.

Se QuantumScape, SES o qualsiasi altro sviluppatore di batterie allo stato solido fosse in grado di produrre in massa la tecnologia in modo economico, il risultato sarebbe una batteria che ha una portata più lunga e richiede meno tempo per ricaricarsi rispetto alle batterie più comuni di oggi. Ci sarebbero anche vantaggi in termini di sicurezza, perché le batterie allo stato solido sarebbero più fredde e meno infiammabili rispetto ad alcuni modelli attuali agli ioni di litio.

L'idea è che una batteria con queste qualità sarebbe così desiderabile che i consumatori lascerebbero con entusiasmo i loro motori a benzina.

Techie Chic

Le case automobilistiche spesso mettono i loro partner di batterie in primo piano e al centro della pubblicità sui loro piani tecnologici, un segno che questi giganti del settore vogliono un po 'della lucentezza associata alle start-up tecnologiche.

Il presidente di General Motors Mark Reuss ha annunciato la scorsa settimana che la sua azienda ha una nuova partnership con SES per lavorare sul sistema Ultium, il nome di GM per la sua piattaforma di batterie. Le aziende costruiranno congiuntamente una linea di assemblaggio prototipo a Woburn, Massachusetts, dove SES ha un ufficio.

"La convenienza e la gamma sono due principali ostacoli all'adozione di massa dei veicoli elettrici", ha affermato Reuss. "Con questa chimica Ultium di nuova generazione, crediamo di essere all'apice di un miglioramento unico nella generazione della densità e dei costi energetici. C'è ancora più spazio per migliorare in entrambe le categorie e intendiamo innovare più velocemente di qualsiasi altra azienda in questo settore ".

SES, fondata nel 2012 da un ex allievo del Massachusetts Institute of Technology, ha un design della batteria che si dice possa contenere 400 wattora per chilogrammo, che è molto più dei 280 wattora per chilogrammo delle batterie agli ioni di litio negli attuali veicoli elettrici .

Il test per GM e SES sarà se sarà in grado di raggiungere quei numeri durante la produzione di massa delle batterie, e farlo in un modo che costa meno delle batterie di oggi.

Necessario: un Grande Slam

Volkswagen era all'inizio della collaborazione con una società di batterie a stato solido, QuantumScape, e ha il vantaggio di lavorare con un partner che sta ricevendo un'attenzione positiva da parte degli investitori e dei media per la promessa della sua tecnologia.

Una delle persone che canta le lodi della società è Paul Albertus, l'ex capo dell'Agenzia-Energia per i progetti di ricerca avanzata del Dipartimento per l'energia, o ARPA-E, che ora insegna all'Università del Maryland.

"Dal mio punto di vista, guardando i dati che QuantumScape ha condiviso, stanno facendo un fuoricampo in termini di dati sulle prestazioni", ha detto, in una tavola rotonda di dicembre sulla tecnologia, organizzata da QuantumScape. Non ha rapporti finanziari con l'azienda. "Allo stesso tempo stanno anche affermando chiaramente, e penso di essere d'accordo con questo, che alla fine hanno bisogno di colpire qualcosa come un grande slam per portare questa tecnologia sul mercato come un prodotto convincente".

QuantumScape è stato avviato nel 2010, co-fondato da tre persone della Stanford University. Volkswagen ha iniziato a lavorare con QuantumScape nel 2012 e nel 2018 la casa automobilistica tedesca è diventata il principale azionista del produttore di batterie e le società hanno annunciato un piano per lavorare insieme più strettamente.

Tra le altre case automobilistiche che lavorano a stretto contatto con i partner di batterie a stato solido c'è Daimler AG, produttore del marchio Mercedes-Benz, che sta collaborando con Blue Solutions della Francia. Daimler ha già implementato batterie allo stato solido di Blue Solutions in alcuni autobus e ha dovuto emettere un piccolo richiamo questo mese a causa del cortocircuito. Daimler ha anche affermato che sta lavorando con Hydro-Quebec del Canada per sviluppare batterie a stato solido.

Ford e il BMW Group stanno entrambi lavorando con Solid Power del Colorado su batterie allo stato solido. Hyundai è un investitore in Solid Power, ma la casa automobilistica con sede in Corea del Sud ha detto poco sui suoi piani di batterie a stato solido.

Honda e Jaguar Land Rover, tra le altre società, stanno lavorando con Ilika del Regno Unito.

Alcune case automobilistiche stanno lavorando su batterie allo stato solido utilizzando progetti interni. Ciò include Toyota, che ha detto che introdurrà la sua batteria e la renderà disponibile sul mercato all'inizio degli anni '20. Nissan sta anche facendo lavori interni sulle batterie allo stato solido, ma non ha detto molto al riguardo.

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Il presidente di Toyota Akio Toyoda ha parlato delle tecnologie EV di prossima generazione al Consumer Electronics Show 2018, affermando che le batterie allo stato solido sarebbero "più piccole, più leggere e, cosa più importante, sia per i consumatori che per le case automobilistiche, molto più convenienti".

Per illustrare cosa questo potrebbe significare per l'autonomia, QuantumScape ha affermato che un progetto a stato solido potrebbe significare che un veicolo elettrico che ora ha un'autonomia di 200 miglia avrebbe un'autonomia da 300 a 400 miglia.

Una corsa con Tesla

Mentre le case automobilistiche tradizionali effettuano questa transizione, non sono solo in competizione tra loro, ma cercano di raggiungere Tesla, la società che è il leader dei veicoli elettrici nella maggior parte del mondo.

Quindi è interessante che Tesla finora non faccia parte della corsa alle batterie allo stato solido. I leader dell'azienda hanno affermato di poter aumentare la portata e ridurre i costi attraverso le variazioni della loro tecnologia di batteria esistente.

Tesla si sta concentrando su un orizzonte temporale più breve, puntando alla produzione di massa della nuova batteria annunciata la scorsa estate, che dovrebbe essere messa in vendita nel 2023.

Il fatto che Tesla non senta il bisogno di parlare molto dei suoi piani a lungo termine, mentre i suoi concorrenti parlano molto dei loro, la dice lunga su chi si sente come se avesse slancio e credibilità nel mercato dei veicoli elettrici, e chi vorrebbe costruirne alcuni.

Dan Gearino

Reporter sull'energia pulita, Midwest, National Environment Reporting Network

Dan Gearino copre gli Stati Uniti del Midwest, parte del National Environment Reporting Network di ICN. La sua copertura si occupa del lato commerciale della transizione all'energia pulita e scrive la newsletter Inside Clean Energy di ICN. È arrivato in ICN nel 2018 dopo un mandato di nove anni presso The Columbus Dispatch, dove ha ricoperto il business dell'energia. Prima di allora, si è occupato di politica e affari in Iowa e nel New Hampshire. È cresciuto nella contea di Warren, Iowa, appena a sud di Des Moines, e vive a Columbus, nell'Ohio.

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